69026

Модулированные сигналы. Сигналы с импульсной модуляцией

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Сигналы с импульсной модуляцией. В основу формирования всех видов импульсной модуляции положена теорема В. При импульсной модуляции переносчиком выступает периодическая последовательность видеоимпульсов с периодом следования Т и длительностью.

Русский

2014-09-28

152 KB

8 чел.

Лекция 3.3

Тема 3. Модулированные сигналы.

Занятие 3.Сигналы с импульсной модуляцией.

  1.  Общие сведения о сигналах.

Временное представление сигналов с ИМ.     Разновидности сигналов с ИМ.

Спектральные характеристики сигналов с ИМ.

Сравнительные характеристики сигналов с ИМ.

Учебные вопросы

Общие сведения о СИМ.

В основу формирования всех видов импульсной модуляции положена теорема В. А. Котельникова о возможности точного восстановления непрерывного сигнала ( с финитным спектром) по его дискретным отсчетам. Интервал между отсчетами одного сигнала заполняется отсчетами другого сигнала (временное уплотнение).

При импульсной модуляции переносчиком выступает периодическая последовательность видеоимпульсов с периодом следования Т и длительностью . Модулирующим сигналом может быть любой первичный сигнал вида

Если верхней частотой модулирующего сигнала  является F=Fмакс, то период следования импульсов переносчика                                                      (3.3.1)

При этом период Т по физическому смыслу совпадает с интервалом дискретизации по Котельникову, введенном на лекции 2.11.

Каждому n- ому импульсу переносчика должно быть присвоено значение информационного признака модулирующего по правилу:

где:-значение отсчета информационного параметра для n-ого импульса

           -значение отсчета модулирующего сигнала в момент t=nT

           -коэффициент пропорциональности между значением отсчета модулирующего сигнала и значением отсчета информационного параметра.

Между видами импульсной модуляции и выбором информационного параметра существует зависимость:

Информационный параметр( параметр импульса)

Вид импульсной модуляции

Амплитуда

АИМ

Длительность

ШИМ( ДИМ)

Начальная фаза( относительно тактового отсчета)

ФИМ

Частота следования

ЧИМ

Нельзя забывать, что восстановление значений отсчетов  в результате демодуляции по принятым значениям  еще не обеспечивает восстановление всего сигнала . Для реализации условий теоремы Котельникова принятую восстановленную совокупность отсчетов  необходимо пропустить через ФНЧ с откликом вида sinc(x), т.е. ФНЧ с “почти прямоугольной” ЧХ.

Временное представление сигналов с импульсной модуляцией .

Правила формирования сигналов ИМ иллюстрируются рисунком 3.3.1.

Из рисунка следует : сигналы АИМ различаются только амплитудой  (3.3.3.) , частота следования тактовой последовательности (переносчика), длительность импульсов неизменны.

Сигналы ШИМ постоянны по амплитуде, но при постоянной частоте импульсной последовательности меняется длительность импульса пропорционально значению  :  (3.3.4.)

При ФИМ постоянно средняя частота импульсной последовательности                          ,, меняется временное положение импульса относительно тактового отсчета: ), =,     ( 3.3.5)

где F- тактовая частота.

При ЧИМ (U ) изменяется количество импульсов последовательности, генерируемых в единицу времени( мгновенная частота):

( 3.3.6)

, где   - изменение значения   между  n-м и (n+1)-м отсчётами,

- изменение длительности промежутка между началами n-го и (n+1)-го импульсов.

Изображение на рис.3.3.1. модулированные сигналы являются видеопоследовательностями. Очень часто для передачи по линии связи используются последовательности радиоимпульсов. Для этого видеопоследовательность вторично модулируют. В результате формируются радиопоследовательности  с двойной модуляцией : АИМ-АМ, ФИМ-АМ и т.д. (рис 3.3.2.)

На рис.3.3.2. как разновидность радиосигналов с двойной импульсной модуляцией представлены сигналы высокочастотной ЧИМ (ВЧИМ):

                  (3.3.7.)

где  частота высокочастотного заполнения n-го радиоимпульса, а так же сигналы высокочастотной ФИМ (ВФИМ):

где- начальная фаза высокочастотного колебания с частотой   в n-м радиоимпульсе.

Возможны и другие варианты импульсной однократной и двойной модуляции ( крутизна фронтов, крутизна спада вершины и т.д.)

Спектральные характеристики сигналов с импульсной модуляцией.

Базовой моделью для построения амплитудных спектров сигналов с ИМ является спектр периодической импульсной видеопоследовательности с параметрами  (рис.3.3.3.).

Если такой переносчик подвергнут АИМ непрерывным первичным сигналом  с полосой частот в границах , то изображение спектра имеет вид, представленный на рис.3.3.4.

Данный рисунок ярко иллюстрирует положения теоремы Котельникова о том, что частота последовательности отсчётов непрерывного сигнала. В противном случае нарушаются условия разделения спектров первичного сигнала  в спектре дискретного сигнала.

Таким образом , рис.3.3.4. - это вариант представления теоремы Котельникова в ортогональном базисе Фурье ( до сих пор эта теорема рассматривалась в ортогональном базисе Котельникова - функций вида sinc(x).)

Поскольку границы реального спектра определяются, главным образом, поведением огибающей амплитудного спектра, а вид огибающей связан только с длительностью импульса

A

но можно утверждать, что реальная ширина спектров АИМ, ФИМ,ЧИМ практически совпадают . Можно также показать, что при модуляции случайным сигналом с m эффективная полоса энергетического спектра сигналов ШИМ  практически не отличаются от аналогового показателя других сигналов ИМ. При двойной ИМ спектр смещается в область .

Сравнительные характеристики сигналов с ИМ

Выбор вида модуляции разработчиком всецело определяется совокупностью требований к разрабатываемому изделию. В данном случае речь должна идти о требованиях на физическом уровне.

К числу таких требований обычно относятся:

требуемая помехоустойчивость

спектральная экономичность

энергетическая эффективность

Для сигналов ИМ специфическим является требование по максимальным возможностям временного уплотнения.

В табл. 3.3.1 сведены сравнительные данные по видам ИМ:

Возм. уст..

Помехоустойчивость.

Спектр. Эф.

Энерг. Эф.

Сумма

М

АИМ

1

4x2

1x0.5

1

10.5

2

ШИМ

2

2x2

4x0.5

4

12

3

ФИМ

3

1x2

2x0.5

2

8

1

ЧИМ

4

3x2

3x0.5

3

14.5

4

 

В реальных технических системах предпочтение отдают действительно ФИМ.

   


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37888. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 110. 297.5 KB
  4 ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ОСИ КОЛЬЦЕВОЙ КАТУШКИ Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей физики для студентов инженерно технических специальностей Калининград 2006 1. Цель работы: Исследование магнитного поля на оси катушки: измерить магнитную индукцию в различных точках на оси кольцевой катушки; построить график изменения магнитной индукции вдоль оси катушки; проверить результаты измерения расчётом. Для кольцевой катушки содержащей витков:...
37889. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ДИПОЛЬНОЙ МОДЕЛИ СЕРДЦА 73 KB
  2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ДИПОЛЬНОЙ МОДЕЛИ СЕРДЦА ЛИТЕРАТУРА: Ремизов А. построение кардиограммы дипольной модели сердца. Будем считать что плечо диполя сердца через равные промежутки времени t в условных единицах последовательно принимает значения l приведенные в таблице. Эти графики будут соответствовать кардиограммам I II III отведений на треугольнике Эйнтховена нашей дипольной модели сердца.
37890. Включение фотоэлектрок Олориметра и порядок работы 225.5 KB
  Поставить выключатель гальванометра в положение. Оптическим клином грубой наводки поставить стрелку гальванометра на “0â€. Оптическим клином грубой и точной наводки установить стрелку гальванометра на “0†точно.
37891. Определение отношения теплоемкостей газа при постоянном давлении и объеме 1.41 MB
  11 Лабораторная работа № 116 Определение отношения теплоемкостей газа при постоянном давлении и объеме Цель работы Изучение закономерностей изменения параметров состояния газа в различных процессах и определение отношения теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и объеме. Удельная и молярная теплоемкости газов зависят как от природы газа так и от условий его нагревания.3 Изменение внутренней энергии идеального газа однозначно определяется его начальным и конечным состояниями тогда как совершаемая газом работа зависит от характера...
37892. Определение отношения теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме резонансным методом 1.34 MB
  12 Лабораторная работа № 119 Определение отношения теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме резонансным методом 1. Теплоемкость и коэффициент Пуассона газа Для характеристики тепловых свойств вещества наряду с другими величинами используют молярную и удельную теплоемкости. Теплоемкость газа зависит от природы его молекул и от того как происходит его нагревание.1 Внутренняя энергия идеального газа – это энергия теплового движения его молекул и атомов в молекулах.
37893. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ПАРООБРАЗОВАНИЯ ВОДЫ 115 KB
  12 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 122 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ПАРООБРАЗОВАНИЯ ВОДЫ Цель работы Определение удельной и молярной теплоты парообразования воды при фазовом переходе первого рода по экспериментально полученной зависимости давления насыщенных паров от температуры.11 Полученная формула устанавливает связь между молярной теплотой парообразования воды давлением и температурой водяного пара. Изменяя температуру пара T необходимо построить график зависимости по угловому коэффициенту которого можно определить молярную теплоту парообразования...
37894. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ ВОЗДУХА КАПИЛЛЯРНЫМ МЕТОДОМ 2.7 MB
  Изучение внутреннего трения воздуха как одного из явлений переноса в газах. При протекании жидкости или газа в узкой прямолинейной цилиндрической трубе капилляре при малых скоростях потока течение является ламинарным т. поток газа движется отдельными слоями которые не смешиваются между собой. Для идеального газа  υТ  2.
37895. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ И ПЛОТНОСТИ ГАЗА МЕТОДОМ ОТКАЧКИ 140 KB
  10 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 124 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ И ПЛОТНОСТИ ГАЗА МЕТОДОМ ОТКАЧКИ 1. Цель работы Ознакомление с одним из методов определения молярной массы и плотности газа. Теоретическая часть Состояние некоторой массы газа определяется значениями трёх параметров: давлением P под которым находится газ его температурой T и объёмом V.1 представляет собой уравнение состояния данной массы газа.
37896. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОЁМКОСТИ ТВЁРДЫХ ТЕЛ 440.5 KB
  Если температура калориметра с исследуемым образцом очень медленно увеличивать от начальной T0 на ∆T то энергия электрического тока пойдет на нагревание образца калориметра: 2.18 где I и U – ток и напряжение нагревателя τ – время нагревания m0 и m – массы калориметра и исследуемого образца c0 c – удельные теплоёмкости калориметра и исследуемого образца ∆Q – потери тепла в теплоизоляцию калориметра и в окружающее пространство.18 количества теплоты расходованной на нагрев калориметра и потери теплоты в окружающее...